Стивен Барретт - Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ ВЫ СМОЖЕТЕ:

• Описать структуру и определить основные отличительные особенности МК семейства 68НС12;

• Описать различные режимы работы МК 68HC12;

• Описать, какие действия выполняются над аппаратными средствами МК в состоянии сброса;

• Объяснить необходимость подсистемы прерывания в составе МК;

• Объяснить последовательность действий на аппаратном и программном уровне, которые выполняются при обработке запроса на прерывание в МК;

• Описать работу модуля тактирования в составе МК 68HC12;

• Описать структуру и режимы работы модуля таймера TIM, счетчика внешних событий и модуля меток реального времени, привести примеры программирования всех перечисленных подсистем реального времени;

• Разъяснить термины, которые используются при описании обмена данными в последовательном коде;

• Описать структуру аппаратных средств и привести примеры программирования контроллера асинхронного последовательного обмена SCI в составе МК 68HC12;

• Составить программу для обмена в последовательном коде c заданными параметрами для модуля SCI;

• Описать структуру аппаратных средств и привести примеры программирования контроллера синхронного последовательного обмена SPI в составе МК 68HC12;

• Разъяснить физический смысл процессов и терминов, связанных с аналого цифровым преобразованием, таких, как квантование по времени и по уровню, кодирование информации, частота выборки, разрешающая способность, скорость потока данных оцифровки;

• Грамотно рассчитать параметры процесса аналого цифрового преобразования для сигнала с заданной частотой и формой;

• Описать модуль аналого цифрового преобразователя ATD в составе МК 68HC12;

• Разработать программу для выполнения нескольких преобразований модулем ATD по заданному сценарию;

• Подробно описать усовершенствования модуля АЦП в составе МК HCS12 по сравнению с модулем ATD в составе 68HC12;

• Составить программу и использовать модуль широтно-импульсного модулятора PWM в составе МК 68HC12B32 для управления электрическими двигателями.

Знакомясь с оглавлением, Вы должны были заметить, что эта глава — самая длинная в книге. В ней мы с достаточной степенью подробности изучим структуру и режимы работы всех подсистем микроконтроллеров семейства 68HC12 и HCS12. Для определенности рассмотрение будем вести на примере двух моделей МК: MC68HC912B32 и MC9S12DP256. Далее с целью удобства восприятия будем называть эти модели просто B32 и DP256. Периферийные модули в составе МК 68HC12 и HCS12 очень похожи друг на друга. Поэтому мы сначала будем рассматривать модули МК 68HC12, а затем остановимся на отличиях конкретного модуля в составе семейства HCS12 от его прототипа в составе 68HC12. Изучению каждого периферийного модуля будет предшествовать краткая теоретическая справка, затем будут рассмотрены структура аппаратных средств и регистры специальных функций модуля. В завершение для каждого модуля приведены несколько примеров его программного обслуживания.

Очень важно, чтобы Вы достаточно глубоко поняли особенности подсистем в составе МК 68HC12 перед тем, как перейти к примерам практической реализации достаточно сложных систем на основе этих МК. Если Вы уже знакомы с МК семейства 68HC12, то у Вас возникнет желание пропустить главу 4. Однако мы советуем Вам все же ознакомиться с примерами программ управления из этой главы, поскольку последние используются в приложениях главы 7. Заметим также, что примеры этой главы могут использоваться Вами для получения навыков отладки программного обеспечения с использованием платы отладки M68EVB912B32 или каких либо других отладочных средств.

На рис. 4.1. представлена структура микроконтроллера MC68HC912B32 или в сокращенном виде B32. Мы уже использовали этот рисунок в гл. 1, однако обратились к нему снова, для более подробного рассмотрения технических характеристик МК B32.

Рис. 4.1.Структура микроконтроллера MC68HC912B32

Все МК семейства 68HC12 обладают 16-разрядным процессорным ядром. Семейство объединяет ряд моделей, в том числе ранее упомянутый МК 68HC812A4 (A4) и рассматриваемый в данной главе МК 68HC912B32 (B32). Отдельные модели в составе семейства различаются набором периферийных модулей, которые подключаются к внутренней межмодульной магистрали. Основные отличия между отдельными представителями семейства состоят в типе и объеме размещенной на кристалле резидентной памяти, количестве параллельных портов и контроллеров последовательных интерфейсов. В настоящей главе будет подробно рассмотрен МК модели 68HC912B32, который был выбран по причине наличия в нем всех типовых периферийных модулей. Подробное изучение предложенного МК позволит читателю с минимальными затратами адаптироваться к проектированию приложений на основе других моделей семейства 68HC12 и HCS12.

МК 68HC912B32 характеризуются следующими отличительными особенностями:

• Низкое энергопотребление. Микроконтроллеры семейства 68HC12 производятся на основе CMOS технологии (CMOS — Complementary Metal oxide semiconductor). Эта технология позволяет создать транзисторные структуры с относительно низкими потерями энергии при работе в ключевых режимах. Поэтому МК семейства 68HC12 характеризуются малым потреблением энергии, что позволяет рекомендовать их для использования в изделиях с автономным питанием (от аккумуляторов или батареек). Однако не следует забывать, что потребляемая энергия для полупроводниковых CMOS структур прямо пропорциональна частоте переключения. Поэтому для достижения оптимальных энергетических характеристик следует выбирать частоту тактирования центрального процессора микроконтроллеров 68HC12 минимально возможной для конкретного применения. Микроконтроллеры 68HC12 имеют специальные режимы пониженного энергопотребления, которые также позволяют оптимизировать энергетические характеристики проектируемого изделия.

• Высокопроизводительное 16 разрядное процессорное ядро. Центральный процессор семейства 68HC12 выполняет действия над 16-разрядными операндами, поэтому время выполнения алгоритмов над переменными, разрядность которых превышает байт, существенно сокращается по сравнению с 8 разрядными МК. Максимальная частота тактирования процессорного ядра f BUSдля микроконтроллеров семейства 68HC12 составляет 8 МГц. Однако частота внешнего генератора или кварцевого резонатора должна составлять 16 МГц, поскольку внутренние цепи микроконтроллера делят эту частоту на два для получения f BUS .